应用Fukui函数探讨双苯基-取代的自由基闭环反应的区位选择性

应用概念密度泛函理论下的反应性指标Fukui函数,结合局域硬软酸碱(HSAB)原理,解释和预测双苯基-取代的自由基闭环反应的区位选择性,其中活性指标是通过ABEEMσπ模型获得的.通过研究得出,发生反应的反应中心的Fukui函数差的绝对值(Δf)能够预测出,5号碳原子更容易被自由基进攻,这与实验上的区位选择性是一致的.此外,主要产物的Δf值预测出的反应活性序列与实验上的速率常数有很好的关联一致性.

烷基-取代自由基闭环反应的区位选择性

5-己烯自由基进攻双键碳原子,形成五元或六元环分子,在有机合成中被广泛地研究。利用ABEEMσπ模型所获得的Fukui函数和广义Fukui函数,分别结合局域硬软酸碱(HSAB)原理,预测烷基取代的5-己烯自由基闭环反应的区位选择性,取得了与实验相一致的结果;并且广义Fukui函数可以作为分子间活性指标,预测反应之间的活性序列,与实验上的速率常数有很好的一致性。

应用广义活性指标预测酶催化反应的分子间活性

为了进一步验证广义活性指标的合理性与准确性,本文将其应用到了大分子生物体系中,结合局域硬软酸碱(HSAB)原理,研究酶催化反应的活性序列,即砷酸盐还原酶ArsC(1LJU10～17)和低分子量的磷酸盐还原酶LWMPTPase(1PNT12～18)分别亲核进攻砷酸盐和磷酸盐的所有形式(H3YO4/H2YO4-/HYO42-/YO43-,Y=As/P)的反应活性序列,其中,广义局域软度由有限差分近似下的从头计算B3LYP/6-311+G(d,p)方法和直接的ABEEMσπ方法获得.随着底物的负电荷不断增大,体系的整体软度和中心原子的局域软度均变得更软,砷酸盐及其还原酶也比磷酸盐及其还原酶要软.利用广义局域软度结合软度的匹配规则,可知随着底物负电荷的逐渐增加,原子个数较大的酶与底物之间的反应活性不断升高,并且-2价的阴离子(HAsO42-和HPO42-)能够在溶液中稳定存在.所预测的活性序列与实验所测得的结果是相一致的,可见,广义局域软度在预测分子间活性方面能够给出合理的预测.然而,原局域软度结合软度的匹配原则在预测接近真实体系的分子间活性的时候,却得到与实验相反的结果.